TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN

TIỂU LUẬN
MÔN: TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ
ĐỀ TÀI : ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT
GVHD: NGUYỄN ĐỨC TOÀN
NHÓM SVTH:NGÔ QUỐC PHƯƠNG
LỚP: DHDI6A
GIỚI THIỆU
Trong các hệ thống tự động ,cảm biến đóng vai trò hết sức quan trọng vì nó là thiết bị cung cấp thong tin
của quá trình điều khiển cho bộ điều khiển để bộ diều khiện đưa ra quyết định phù hợp . Có thể so sánh
các cảm biến trong hệ thống điều khiển tự động như là những giác quan của con người.cảm biến được
định nghĩa như một thiết bị dùng để cảm nhận và biến đổi các đại lượng vật lý và các đại lượng không
mang tính chất điện thành các đại lượng điện có thể đo được.nhờ các tiến bộ của khoa học và công nghệ
trong lĩnh vực vật liệu, thiết bị điện tử và tin học, các cảm biến đã được giảm thiểu kích thước, cải thiện
tính năng và ngày càng mở rộng phạm vi ứng dụng. Giờ đây không có một lĩnh vực nào mà
ở đó không sử dụng
cảm biến.Chúng có mặt trong các hệ thống tự động phức tạp,
người máy, kiểm tra chất lượng sản phẩm, tiết kiệm
năng lượng, chống ô nhiễm môi trường. Cảm biến cũng được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực giao thôngvậntải, sản
xuất hàng tiêu dùng, bảo quản thực phẩm, sản xuất ô tô Bởi vậy trang bị những kiến thức cơ bản về cảm biến trở thành
một yêu cầu quan trọng đối với các cán bộ kỹ thuật.
khái niệm
Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi các đại lượng vật lý và các đại
lượng không có tính chất điện cần
đo thành các đại lượng điện có thể đo và xử lý được.
Các đại lượng cần đo (m) thường không có tính chất điện
(như nhiệt độ, áp suất ) Tác động lên cảm biến cho ta một đặc trưng (s) mang tính chất điện (như điện tích, điện áp,
dòng điện hoặc trở kháng) chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị của đại lượng đo. Đặc trưng (s) là hàm của đại
lượng cần đo (m): s =f(m) .người ta gọi (s) là đại lượng đầu ra hoặc là phản ứng của cảm biến, (m) là đại lượng đầu

+ cảm biến tích cực có đầu ra là nguồn áp hoặc nguồn dòng.
+ cảm biến thụ động được đặc trưng bằng các thông số r, l, c, m Tuyến tính hoặc phi tuyến.
2: NGUYÊN LÝ CHUNG CHẾ TẠO CẢM BIẾN
Các cảm biến được chế tạo dựa trên cơ sở các hiện tượng vật lý và được phân làm hai loại:
-cảm biến tích cực: là các cảm biến hoạt động như một máy phát, đáp ứng (s)
Là điện tích, điện áp hay dòng.
Cảm biến thụ động: là các cảm biến hoạt động như một trở kháng trong đó
đáp ứng (s) là điện trở, độ tự cảm hoặc điện dung.
Nguyên Lý Chế Tạo Các Cảm Biến Tích Cực
Các cảm biến tích cực được chế tạo dựa trên cơ sở ứng dụng các hiệu ứng vật lý biến đổi một dạng năng lượng nào đó
(nhiệt, cơ hoặc bức xạ) thành năng lượng điện
Nguyên Chế Tạo Cảm Biến Thụ Động
Cảm biến thụ động thường được chế tạo từ một trở kháng có các thông số chủ yếu nhạy với đại lượng cần đo. Giá trị của
trở kháng phụ thuộc kích thước hình học, tính chất điện của vật liệu chế tạo (như điện trở suất ρ, độ từ thẩm μ, hằng số
điện môi ε). Vì vậy tác động của đại lượng đo có thể ảnh hưởng riêng biệt đến kích thước hình học, tính chất điện
hoặc đồng thời cả hai.
3: MỘT SỐ HIỆU ỨNG VẬT LÝ KHI CHẾ TẠO CẢM BIẾN
3.1: Hiệu Ứng Nhiệt Điện
Hai dây dẫn (m
1
) và (m
2
) có bản chất hoá học khác nhau được hàn lại với nhau thành một mạch điện kín, nếu nhiệt độ
ở hai mối hàn là t
1
và t
2
khác nhau, khi đó trong mạch xuất hiện một suất điện động e(t
1
, t

thông qua khung dây.Hiệu ứng cảm ứng điện từ được ứng dụng để xác định tốc độ dịch chuyển của vật thông qua việc đo
suất điện động cảm ứng
3.6: Hiệu Ứng Quang Điện
Hiệu ứng quang dẫn: (hay còn gọi là hiệu ứng quang điện nội) là hiện tượng giải phóng ra các hạt dẫn tự do trong vật
liệu (thường là bán dẫn) khi chiếu vào chúng
một bức xạ ánh sáng (hoặc bức xạ điện từ nói chung) có bước sóng
nhỏ hơn một ngưỡng nhất định.
Hiệu ứng quang phát xạ điện tử: (hay còn gọi là hiệu ứng quang điện ngoài) là hiện
tượng các điện tử được giải phóng và thoát khỏi bề mặt vật liệu tạo thành dòng có thể thu lại nhờ tác dụng của điện
trường.
3.7: Hiệu Ứng Quang - Điện - Từ
khi tác dụng một từ trường b vuông góc với bức xạ ánh sáng, trong vật liệu bán
dẫn được chiếu sáng sẽ xuất hiện
một hiệu điện thế theo hướng vuông góc với từ trường b và hướng bức xạ ánh sáng.
3.8:Hiệu Ứng Hall
Khi đặt một tấm mỏng vật liệu mỏng (thường là bán dẫn), trong đó có dòng điện chạy qua, vào trong một từ trường b
có phương tạo với dòng điện i trong tấm một góc θ, sẽ xuất hiện một hiệu điện thế v
h
theo hướng vuông góc với b và i.
Biểu thức hiệu điện thế có dạng:
V
h
=k
h
ibsinθ
trong đó k
h
là hệ số phụ thuộc vào vật liệu và kích thước hình học của tấm vật liệu
4: MẠCH ĐO
Mạch đo bao gồm toàn bộ thiết bị đo (trong đó có cảm biến) cho phép xác định chính xác giá trị của đại lượng cần đo

đồ như hình 2.12. Trong bộ lặp điện áp, cực dương của kđtt được nối trực tiếp với tín hiệu vào, còn cực âm được nối
trực tiếp với đầu ra, tạo nên điện áp phản hồi 100% do đó hệ số khuếch đại bằng 1. Mạch lặp điện áp có chức năng
tăng điện trở đầu vào, do vậy thường dùng để nối giữa hai khâu trong mạch đo.
4.5: Mạch Cầu
Cầu wheatstone thường được sử dụng trong các mạch đo nhiệt độ, lực, áp suất, từ trường Cầu gồm bốn điện trở r1,
r2, r3 cố định và r4 thay đổi (mắc như hình 2.13) hoạt động như cầu không cân bằng dựa trên việc phát hiện điện áp
qua đường chéo của cầu.
5: CẢM BIẾN VÀ ỨNG DỤNG
5.1: Cảm Biến Quang:
Tế bào quang dẫn: tế bào quang dẫn là một loại cảm biến quang dựa trên hiện tượng quang dẫn do kết quả của hiệu ứng
quang điện bên trong.đó là hiện tượng giải phóng các hạt tải điện trong vật liệu bán dẫn dưới tác dụng của ánh sáng các
tính chất của tế bào quang dẫn:
Điện trở vùng tối rco phụ thuộc vào hình dạng , kích thước , nhiệt độ và bản chất lý hóa của vật liệu . Các chất pbs, cds,
cdse có điện trở vùng tối caotrong khi đó sbin , abss, cdhgte, có điện trở vùng tối tương đối nhỏ. Khi được chiếu sáng
điện trở của vùng tối giảm xuống rất nhanh quang hệ giữa điện trở vùng tối và độ rọi sáng:
y
C
R a
−
= Φ
Trong đó a là hằng số phụ thuộc vào liệu ,0.5<y<1
Ứng dụng cuả tế bào quang dẫn: tế bào quang dẫn thường được dùng để đo thông lượng ánh sáng ,kết hợp với nguồn
sáng để dò vạch dẫn đườngcho các mobile robot đọc mã vạch phát hiện đầu bang trắng điều khiển đóng ngắt relay theo
ánh sáng
5.2:Photo Diode
Cấu tạo của photo diode: photo diode là một tiếp dáp p-n được tạo bởi các vật liệu như: ge, si ( cho vùng ánh sáng trông
thấy và gần hồng ngoại),gaas,inas,cdhgte,insb cho vùng ánh sáng hồng ngoại
Nguyên lý làm việc của photo diode: khi chiếu lên bề mặt của photo diode bằng bức xạ có bước sóng nhỏ hơn bước sóng
ngưỡng
n

I
đóng vai trò như dòng bazo , nó sẽ gây ra dòng collector ic:
( )
1
C r
I I
β
= +
Ứng dụng của transistor quang: transistor có thể dùng để đo thông lượng ánh sáng, dò vạch dẫn đường cho mobile robot,
làm đầu thu trong các bộ điều khiển từ xa không dây, đọc mã vạch chế tạo các cảm biến quang trong công nghiệp…
5.3: CẢM BIẾN QUANG TRONG CÔNG NGHIỆP
Cấu tạo : cảm biến gồm phần phát và phần thu:
Phần phát gồm một led phát hồng ngoại hoặc một led phát laser có vai trò như một nguồn phát sáng được đặt ngay tại
tiêu điểm của thấu kính hội tụ phát nhằm mục đích tạo ra chùm tia sáng hẹp để chiếu đến phần thu.
Phần thu gồm một transistor quang đặt ngay tại tiêu điểm của thấu kính hội tụ thu nhập mục đích tập trung ánh sáng rọi
vào trên transistor.transistro quang thu được nối vào mạch ra để tạo mức logic ở ngõ ra.
Ứng dụng của cảm biến quang: dùng để xác định vật thễ tại một vị trí định trước như:dùng làm cảm biến phát hiện sản
phẩm trong các hệ thống đếm sản phẩm và đóng thùng sản phẩm,phát hiện có vật cản ngay trước cửa của các thang
máy, phát hiện chấm đen ở đầu các bao bì trong các hệ thống đóng gói sản phẩm, dùng đo tốc độ đông cơ…
5.4: CẢM BIẾN LÂN CẬN
Cảm Biến Lân Cận Dạng Điện Cảm: đầu phát hiện gồm một cuộn dây quấn trên lõi sắt từ có nhiệm vụ tạo ra từ trường
biến thiên trong không gian phía trước , mạch dao động có nhiệm vụ tạo dao động điện từ tần số radio, mạch phát hiện
mức dùng để so sánh biên độ tín hiệu của mạch dao động, mạch ngõ ra dùng để tạo mức logic cho tín hiệu ngõ ra của
cảm biến.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến lân cận dạng điện cảm:
Khi có mục tiêu cần phát hiện bằng kim loại tới gần cảm biến , từ trường biến thiên do mạch dao động gây ra tập trung ở
lõi sắt sẽ gây nên một dòng điện xoáy trên bề mặt của đối tượng. Dòng điện xoáy sinh ra trên bề mặt đối tượng tạo nên
một tải làm giảm biên độ tín hiệu của mạch dao động.Khi biên độ của tín hiệu dao động nhỏ hơn một ngưỡng định trước
mạch phát hiện mức sẽ tác động mạch ngõ ra để đặt trạng thái ngõ lên on. Khi đối tượng rời khỏi vùng từ trường cảm
biến, biên độ tín hiệu ở mạch dao động tăng lên, khi tín hiệu ở mạch dao động có biên độ lớn hơn ngưỡng, mạch phát

sinh, dễ sản xuất và giá thành chế tạo thấp cũng được sử dụng
đáng kể. Dưới tác dụng của lực cơ học, tấm áp điện bị biến dạng, làm xuất hiện trên hai bản cực
các điện tích trái dấu.Các biến dạng cơ bản xác định chế độ làm việc của bản áp điện. Trên hình dưới biểu
diễn các biến dạng cơ bản của bản áp điện
Hiệu điện thế xuất hiện giữa hai bản cực tỉ lệ với lực tác dụng.Các biến dạng cơ bản xác định chế độ làm việc của bản
áp điện.Trường hợp ghép song song hai bản áp điện, điện dung của cảm biến tăng
gấp đôi so với trường hợp một bản áp điện. Khi ghép nối tiếp điện áp hở mạch và
trở kháng trong tăng gấp đôi nhưng điện dung giảm xuống còn một nửa.
5.7: CẢM BIẾN THẠCH ANH KIỂU VÒNG ĐỆM
Các cảm biến thạch anh kiểu vòng đệm có cấu tạo như hình 6.3, chúng gồm các
phiến cắt hình vòng đệm ghép với nhau và chỉ nhạy với lực nén tác dụng dọc theo trục. Giới hạn trên của dải đo phụ
thuộc vào diện tích bề mặt của các vòng đệm, cỡ từ vài kN (với đường kính ~ 1 cm) đến 10
3
kN ( với đường kính ~ 10
cm). Người ta cũng có thể dùng cảm biến loại này để đo lực kéo bằng cách tạo lực nén đặt trước (dùng các bulông xiết
chặt các vòng đệm), khi đó lực kéo được đo như sự sụt giảm của lực nén. Tuy nhiên, khi đó độ nhạy giảm 5 - 10%.
1:các vòng đệm 2:các tấm đế 3: đầu nối dây
5.8: CẢM BIẾN THẠCH ANH NHIỀU THÀNH PHẦN
Trong cảm biến loại này, các vòng đệm thạch anh được cắt theo các hướng khác nhau, khi đó chúng chỉ nhạy với một
hướng xác định của lực
Thạch anh có năm hệ số điện áp d
11
, d
12
, d
14
, d
25
, d
26